Für einen weiteren Ausbau der geothermischen Energiegewinnung ist das Reservoir-Engineering von entscheidender Bedeutung. Die wirtschaftliche Nutzung geothermischer Reservoire erfordert die genaue Analyse des geologischen Systems und eine auf den Standort abgestellte Planung. Das schließt die chemische und petrophysikalische Reservoircharakterisierung und die Reservoirmodellierung sowie das Verständnis der Interaktionen zwischen Bohrloch und Reservoir ein. Maßnahmen der Reservoirstimulation, die Kontrolle der Produktions- und Injektionsrate und des Bohrlochpfades sowie die Kenntnis der Bohrlochgeometrie tragen dazu bei, die Wärmegewinnung zu optimieren.
Der Reservoir-Ingenieur schätzt die Wärmemenge im Untergrund ab, berechnet den Zeitpunkt des thermischen Durchbruchs und optimiert die Reservoirleistung durch Monitoring und analytische und numerische Berechnungen. Daraus entwickelt er ein auf den Standort abgestelltes Konzept.
Die Forschungsbohrungen des GFZ in Groß Schönebeck erschließen wasserführende Gesteinsformationen in Tiefen zwischen 3,9 und 4,4 km bei Temperaturen um 150 °C. Dieses Tiefenlabor bietet die Möglichkeit, Bohrloch-Messungen und in situ Experimente unter natürlichen Bedingungen durchzuführen. Existierende Modelle können so validiert und verbessert sowie neue Modelle erstellt werden.

Stimulation

Stimulationsmaßnahmen sind eine Option, um neue Wasserwegsamkeiten zu erzeugen und dadurch die Produktivität von gering durchlässigen Reservoirgesteinen zu verbessern. Am GFZ wurden geothermiespezifische Stimulationsmethoden wie das Hydraulic Fracturing und das thermisch induzierte Fracturing weiterentwickelt und in Groß Schönebeck getestet. Dabei wurde Flüssigkeit unter hohem Druck in den Untergrund verpresst, um neue Risse im Gestein zu erzeugen oder bestehende Risse zu erweitern.

Gesteinsphysik

Die nachhaltige Nutzung geothermischer Reservoire erfordert, die physikalischen Eigenschaften des Untergrundes so genau wie möglich zu charakterisieren. Gesteinsphysikalische Experimente sind eine komplementäre Methode, die während des Anlagenbetriebes generierten mechanischen und thermodynamischen Veränderungen im Untergrund zu untersuchen. Die Ergebnisse verbessern die hydro-thermo-mechanisch-chemischen Reservoirmodelle und erlauben es, gezielte Aussagen über Reservoir-Produktivität, Nachhaltigkeit und Best-Practice-Betrieb zu treffen.

Modellierung

Eine den Erfordernissen angepasste numerische Modellierung ist für die Planung des Bohrpfades, der Stimulationsmaßnahme, der Auslegung hydraulischer Tests und für die Vorhersage des Reservoirverhaltens während des Anlagenbetriebs entscheidend. Die Modelle sollten die Reservoirgeologie und -struktur, die Geometrie der Bohrungen und der hydraulisch induzierten Risse beinhalten. Darüber hinaus sind die hydraulischen, thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften des Reservoirs zu berücksichtigen.

Kontakt

Günter Zimmermann
Wissenschaftler
Prof. Dr. Günter Zimmermann
Geothermische Energiesysteme
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